高填方路堤下黄土地基沉降变形规律及处理技术研究

摘要

因自然条件和地理分布特征的制约与影响,黄土高路堤在山区高速公路建设中大量出现。由此而引发的路堤沉降变形问题始终备受学术界及工程技术人员的重视。本文在总结国内外相关领域研究现状的基础上,围绕黄土高路堤的沉降变形规律、沉降影响因素分析和相关处治技术等问题,结合室内试验、离心模型试验及有限元数值分析等手段开展了以下研究工作:
　　 1.通过一维固结试验,研究压实黄土在各种情况下的次固结特性,探讨了固结状态、加载时间、加载比对压实黄土次固结系数的影响,揭示了次固结系数与压缩指数间的关系。试验结果表明,随着固结压力的变化,压实黄土的次固结系数表现出与当前应力状态有关的变化规律。当处于正常固结状态时,次固结系数近似为一常数,且次固结系数与压缩指数具有很好的相关性；而当超载预压处理后,次固结系数随超载比和超载作用时间不同而变化。其次,进行了不同压实度、不同含水量情况下一维蠕变试验,研究了高路堤填土在高应力下的流变特性,在Kelvin模型基础上得出了变形随时间和应力变化的计算模型。
　　 2.借助离心试验手段,通过不同路堤断面形式下的离心模型试验,着重对黄土高路堤沉降变过程进行了研究。分析了加载期与稳定期沉降变化规律及其构成变化。
　　 3.基于MARC有限元软件,从填土高度、边坡形式、路堤与地基模量、模量比及填土泊松比等方面对路堤沉降的影响展开深入的探讨,并分析了各因素对高路堤沉降构成的影响。结果表明,路堤沉降的组成除地基沉降外,主要是路堤自身的压缩变形量,而由填土高度、土体泊松比及路堤边坡形式等因素引起的侧向变形对路堤沉降也有较大的影响。空间效应对路堤沉降及土体应力分布产生一定影响,湿化将引起路堤局部应力水平的提高,从而产生边坡失稳。
　　 4.结合工程实例,借助数值仿真分析软件,系统研究了强夯法处理高填方黄土地基的效果,研究结果表明2000kN·m夯击能时,软黄土地基最佳夯击数为7～9击；水平影响范围为8m,有效处理深度为5.0m左右；仅适用于厚度较小的软黄土地基。
　　 5.开展了土工格室垫层加固软黄土地基的研究,研究结果表明土工格室垫层影响范围为其层厚的50％左右；可使地基表面所受竖向应力减小40％左右；适于处理厚度小于4m的浅层软黄土地基；垫层合理厚度为20cm；最后基于Winkler弹性地基梁假定,给出了加固后地基承载力计算公式。